利用液晶信标稳定技术的卫星量子密钥分发（QKD）实时偏振控制

《Scientific Reports》：Real-time polarization control for satellite QKD with liquid-crystal beacon stabilization

　　

摘要

偏振不稳定性是偏振纠缠卫星量子密钥分发（QKD）面临的一个关键挑战，因为大气效应和平台运动会不断扭曲光子的偏振状态。为了保持纠缠的保真度，必须在检测之前准确识别并补偿这些变化。在这项工作中，提出了一种基于液晶（LC）可变延迟器的紧凑且快速的偏振补偿方法，该方法利用共传播的经典参考信号（信标）进行实时偏振跟踪。实现了一种基于液晶的偏振仪，并通过直接方法和基于傅里叶变换的斯托克斯参数重建方法对其性能进行了评估。实验结果表明，通过有限的测量次数即可实现准确的偏振估计，从而在速度和精度之间取得了良好的平衡。同时分析了液晶切换动态的影响，强调了为实时应用选择合适工作条件的重要性。此外，还通过模拟基于纠缠的协议来评估偏振不精确性对QKD性能的影响。结果显示，量子比特错误率仅略有增加，但仍能满足安全密钥分发的要求。这些发现表明，基于液晶的偏振控制是一种高效且实用的解决方案，适用于卫星QKD系统中的实时补偿。